原標(biāo)題：模具鋼先進(jìn)的熱處理技術(shù)

鎳基高溫合金國內(nèi)外材質(zhì)總和

模具制造的成本高，特別是一些精密復(fù)雜的冷沖模、塑料模、壓鑄模等。采用熱處理技術(shù)提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具壽命，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。我國模具技術(shù)工作者十分重視模具熱處理技術(shù)的發(fā)展。

一.真空熱處理

模具鋼經(jīng)真空熱處理后，有良好的表面狀態(tài)，變形小。與大氣下的淬火比較，真空油淬后模具表面硬化比較均勻，而且略高一些，主要原因是真空加熱時(shí)，模具鋼表面呈活性狀態(tài)，不脫碳，不產(chǎn)生阻礙冷卻的氧化膜。在真空下加熱，鋼的表面有脫氣效果，因而具有較高的力學(xué)性能，爐內(nèi)真空度越高，抗彎強(qiáng)度越高。真空淬火后，鋼的斷裂韌性有所提高，模具壽命比常規(guī)工藝普遍提高40%-400%，甚至更高。

冷作模具真空淬火技術(shù)已得到較廣泛的使用。

二.深冷處理

近年來的研究工作表明，模具鋼經(jīng)深冷處理（-196℃），可以提高其力學(xué)性能，一些模具經(jīng)深冷處理后顯著提高了使用壽命。

模具鋼的深冷可以在淬火和回火工序之間進(jìn)行，也可在淬火回火之后進(jìn)行深冷處理。如果在淬火、回火后鋼中仍保留有殘余奧氏體，則在深冷處理后仍需要再進(jìn)行一次回火。深冷處理能提高鋼的耐磨性和抗回火穩(wěn)定性。

深冷處理不僅用于冷作模具，也可用于熱作模具和硬質(zhì)合金。深冷處理技術(shù)已越來越受到模具熱處理工作者的關(guān)注，已開發(fā)出專用深冷處理設(shè)備。不同鋼種在深冷過程中的組織變化及其微觀機(jī)制及其對(duì)力學(xué)性能的影響，尚需進(jìn)一步研究。

三.模具的高溫淬火和降溫淬火

一些熱作模具鋼，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常規(guī)淬火溫度加熱淬火，可以減少鋼中碳化物的數(shù)量、改善其形態(tài)和分布，使固溶于奧氏體中碳的分布均勻化，淬火后可在鋼中獲得更多的板條馬氏體，提高其斷裂韌性和冷熱疲勞抗力，從而延長模具使用壽命。例如，3Cr2W8V鋼制的一種熱擠壓模具，常規(guī)淬火溫度為1080-1120℃，回火溫度為560-580℃。當(dāng)淬火溫度提高至1200℃，回火溫度為680℃（2次），模具壽命提高了數(shù)倍。

W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速鋼和Cr12MoV等高合金冷作模具鋼，可適當(dāng)降低其淬火溫度，以改善其塑韌性，減少脆性開裂傾向，從而提高模具壽命。例如，W6Mo5Cr4V2的淬火溫度可選用1140-1160℃。

四.化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理，能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化性等性能。幾乎所有的化學(xué)熱處理工藝均可用于模具鋼的表面處理。

研究工作表明，高碳及低合金工具鋼和中高碳高合金鋼均可進(jìn)行滲碳或碳氮共滲。高碳低合金鋼滲碳或碳氮共滲時(shí)，應(yīng)盡可能選取較低的加熱溫度和較短的保溫時(shí)間，此時(shí)可保證表層有較多的未溶碳化物核心，滲碳和碳氮共滲后，表層碳化物呈顆粒狀，碳化物總體積也有明顯增加，可以增加鋼的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb鋼制模具進(jìn)行滲碳以及65Nb鋼制模具真空滲碳后，模具的壽命均有顯著提高。

采用500-650℃高溫回火的合金鋼模具，均可在低于回火溫度的范圍內(nèi)或在回火的同時(shí)進(jìn)行表面滲氮或氮碳共滲。

滲氮工藝，目前多采用離子滲氮、高頻滲氮等工藝。離子滲氮可以縮短滲氮時(shí)間，并可獲得高質(zhì)量的滲層。離子滲氮可以提高壓鑄模的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞性和抗粘附性能。

氮碳共滲可在氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)中進(jìn)行，滲層脆性小，共滲時(shí)間比滲氮時(shí)間大為縮短。壓鑄模、熱擠壓模經(jīng)氮碳共滲后，可顯著提高其熱疲勞性能。氮碳共滲對(duì)冷鐓模、冷擠壓模、冷沖模、拉伸模等均有很好的應(yīng)用效果。

冷作模具和熱作模具還可以進(jìn)行硫氮或硫氮碳共滲。近年，許多研究工作都表明，稀土有明顯的催滲效果，從而發(fā)展了稀土氮共滲、稀土氮碳共滲等新工藝。

五.滲硼和滲金屬

滲硼可以是固體滲硼、液體滲硼和膏劑滲硼等，應(yīng)用最多的是固體滲硼，市場(chǎng)上已有固體滲硼劑供應(yīng)。固體滲硼后，表層的硬度高達(dá)1400-2800HV，耐磨性高，耐腐蝕性和抗氧化性能都較好。

滲硼工藝常用于各種冷作模具上，由于耐磨性的提高，模具壽命可提高數(shù)倍或十余倍。采用中碳鋼滲硼有時(shí)可取代高合金鋼制作模具。滲硼也可應(yīng)用于熱作模具，如熱擠壓模等。

滲硼層較脆，擴(kuò)散層比較薄，對(duì)滲層的支撐力弱，為此，可采用硼氮共滲或硼碳氮共滲，以加強(qiáng)過渡區(qū)，使其硬度變化平緩。為改善滲硼層脆性，可采用硼釩、硼鋁共滲。

滲金屬包括滲鉻、滲釩、滲鈦等工藝，均可用于處理冷作和熱作模具，其中TD法（熔鹽滲金屬）已得到一些應(yīng)用，可使模具壽命提高幾倍乃至十幾倍。

六.氣相沉積

氣相沉積按形成的基本原理，分為物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）。

PVD分為真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍。離子鍍是蒸鍍和濺射鍍相結(jié)合的技術(shù)，離子鍍膜具有粘著力強(qiáng)、均鍍能力好、被鍍基體材料和鍍層材料可以廣泛搭配等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得較廣泛的應(yīng)用。近年來，多弧離子鍍受到人們的重視。目前，在模具上應(yīng)用較多的是離子鍍TiN，這種膜不僅硬度高，而且膜的韌性好、結(jié)合力強(qiáng)、耐高溫。在TiN基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多元膜，如（TiAl）N、（TiCr）N等，性能優(yōu)于TiN，是一類更有前途的新型薄膜。

CVD是用化學(xué)方法使反應(yīng)氣體在基礎(chǔ)材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成覆蓋層（TiC、TiN）的方法。CVD有多種方法。通常，CVD的反應(yīng)溫度在900℃以上，覆層硬度達(dá)到2000HV以上，但高的溫度容易使工件變形，沉積層界面易發(fā)生反應(yīng)。發(fā)展趨勢(shì)是降低溫度，開發(fā)新的涂層成分。例如，金屬有機(jī)化合物CVD（MOCVD），激光CVD（LCVD），等離子CVD（PCVD）等。

七.高能束熱處理

高能束熱處理的熱源通常是指激光、電子束、離子束等，它們共同的特征是：供給材料表面功率密度至少1000W/cm2。它們的共同特點(diǎn)是：加熱速度快，加熱面積可根據(jù)需要選擇，工件變形小，不需要冷卻介質(zhì)，處理環(huán)境清潔，可控性能好，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理。

國內(nèi)外對(duì)高能束熱處理的原理、工藝等均投入較多的研究，比較成熟的是激光相變硬化、小尺寸電子束處理和中等功率的離子注入，并在提高模具壽命方面獲得了應(yīng)用。

返回搜狐，查看更多

責(zé)任編輯：